L'AIR

UN BESOIN PERMANENT DE RENOUVELLEMENT D'AIR

Tous les bâtiments doivent être ventilés. Non occupés, les environnements intérieurs connaissent naturellement le développement de micro- organismes, une dégradation de matières organiques et odorantes… Occupés, les volumes construits accumulent aussi la vapeur dégagée par le corps humain (de 50 à près de 400 g/h selon l’activité), le CO2 produit par la respiration, les composés organiques volatiles émis par les produits et les différentes activités : mobilier, imprimantes, procédés industriels… Le renouvellement de l’air participe au maintien d’un air sain et agréable dans ces environnements. Selon leur destination, les locaux sont soumis à différentes réglementations.

> Arrêté du 24 mars 1982 modifié le 28 octobre 1983

Les constructeurs de logements individuels ou collectifs se réfèrent à l’arrêté du 24 mars 1982 modifié le 28 octobre 1983. Il prescrit une  ventilation générale et permanente (tableau 3.1).

Les autres locaux (tertiaires, industriels, commerciaux, sportifs) répondent au règlement sanitaire départemental type (RSDt) ou au Code du travail.

> Règlement sanitaire départemental type (RSDt) et Code du travail

Dans les locaux à pollution non spécifique, un débit d’air neuf est à introduire par une ventilation mécanique selon le RSDt (tableau 3.2).

Le règlement sanitaire départemental type impose aussi :

• une limite de concentration en CO2 de 1 000 ppm (avec une tolérance jusqu’à 1 300 ppm) dans les locaux pour non-fumeurs ;
• une ventilation minimale en dehors de l’occupation, sans jamais atteindre la concentration maximale en CO2, elle peut être également modulée ou interrompue ;
• l’interruption de la ventilation après occupation et après abattement de la pollution au CO2.

Dans les locaux à pollution non spécifique tels les bureaux et les lieux de travail, l’aération naturelle par les fenêtres ou autres ouvrants est autorisée par le Code du travail (Art. R 4222-5) :

• si le travail physique est léger, le volume par occupant du local doit être égal ou supérieur à 15 m³ ;
• sinon, il doit être de 24 m³.

Quant aux salles de réunion, de spectacle, de culte, clubs, foyers, locaux de vente ou de restauration…, le RSDt admet la ventilation par introduction d’air neuf par les ouvrants extérieurs (portes et fenêtres) sous réserve d’un volume minimal de 6 m³ par occupant (tableau 3.2).

Dans les locaux à pollution spécifique, les concepteurs déterminent le débit de ventilation selon la nature et la quantité de polluants. Il s’agit de sites qui peuvent contenir des sources de micro-organismes pathogènes ou d’émissions nocives, du moins gênantes (odeurs…), sous forme gazeuse, d’aérosols ou de liquides. Cependant, pour les salles de bains, douches, cabinets d’aisance et cuisines, le débit d’air est précisé par le règlement sanitaire départemental type (RSDt) (tableau 3.4).

La ventilation naturelle par les portes et fenêtres (tableau 3.3) est aussi admise sous conditions :

• d’une surface minimale des cabinets d’aisance de 5 m³ par occupant potentiel ;
• et, pour les locaux d’activité :

- qu’il ne soit pas nécessaire de capter les polluants au point de production-émission (fumées de soudure, peinture…), ce en raison du risque d’inversion du flux aéraulique,

- et que le débit d’air extrait soit inférieur à 1 l/s/m³ de local.

La réglementation est fixée par les articles R 4212-1à R 4212-7, et R 4222-4 à R 4222-9 du Code du travail. Ces textes demandent :

• d’assurer « le renouvellement de l’air en tous points des locaux » ;
• de ne « pas provoquer, dans les zones de travail, de gêne résultant notamment de la vitesse, de la 
• température et de l’humidité de l’air, des bruits et des vibrations » ;
• de « ne pas entraîner d’augmentation significative des niveaux sonores résultant des activités envisagées dans les locaux ».

Les débits demandés pour un renouvellement d’air conforme d’un point de vue sanitaire dans les bureaux et locaux d’activité sont :

• bureaux, locaux sans travail physique : 25 m³/h par occupant ;
• locaux de restauration, locaux de vente, locaux de réunion : 30 m³/h par occupant ;
• ateliers  et  locaux  avec  travail  physique  léger  : 45 m³/h par occupant ;
• autres ateliers et locaux : 60 m³/h par occupant.

Pour  évacuer  la  charge  thermique,  le  taux  de renouvellement d’air doit être très supérieur :  de 8 à 10 volumes par heure.

Ainsi, pour un bureau de 20 m² et de 2,5 m de hauteur sous plafond, soit 50 m³, le débit de renouvellement d’air sera de 400 à 500 m³/h !

> Autre source

Dans l’attente de l’évolution des textes réglementaires, l’Iceb  (Institut  pour  la  conception  écoresponsable du bâti) préconise, dans son guide Bio­Tech intitulé « Ventilation naturelle et mécanique », une évolution sensible des débits pour le renouvellement de  l’air à des fins hygiéniques :

• en  non­-résidentiel  classique  (bureaux,  enseigne­ ment) : au moins 30 m³/h.personne et 1 volume/heure ;
• en résidentiel : au moins 30 m³/h.personne et 0,5 volume/heure.

Quelles techniques disponibles pour ventiler naturellement ?

Le recours à la ventilation naturelle présente pour avantage de pouvoir associer des équipements classiques et des solutions techniques à la fois peu onéreuses et peu contraignantes en termes architecturaux.

> Les équipements muraux et de toiture

Ces solutions sont désormais largement développées dans les catalogues des fournisseurs :

• des grilles de façade (certaines, toute hauteur de la pièce) et des châssis d’aération pour une ventilation transversale, en exploitant la pression et l’écoulement exercés par les vents dominants,
• des menuiseries équipées de boîtiers de commande d’ouverture proportionnée,
• des cheminées de ventilation utilisant le principe du tirage thermique (certains modèles pouvant être associés aux conduits de lumière verticaux),
• des bouches sur menuiseries, etc.,
• des lanterneaux à commande d’ouverture manuelle ou automatisée…

> La ventilation naturelle hybride

Dite aussi « ventilation naturelle assistée et contrôlée », la ventilation naturelle hybride mixe les principes de la ventilation naturelle – extraction de l’air vicié par convection – et l’apport technique de la ventilation mécanique – le maintien du débit à l’aide d’un extracteur.

Son intérêt est technique, énergétique et financier :

• les débits d’air sont assurés tout en étant partiellement contrôlés ;
• les coûts d’installation et d’exploitation sont réduits ;
• l’équipement est limité à l’extracteur et à sa commande,

il n’y pas de gaine spécifique à poser, et l’entretien est réduit ;

• les consommations d’énergie de l’équipement sont faibles : environ -30 à -35 % par rapport à une ventilation mécanique simple flux…

> La déstratification

L’air chaud monte, l’air froid descend… Cette solution de traitement d’air par brassage est bien connue : elle est employée pour traiter les grands halls (aéroports, salles de spectacles, gymnases…). Elle consiste à pratiquer un soufflage capable de provoquer un ample mouvement de l’air – du plafond aux murs extérieurs puis jusqu’au sol – ce qui a pour effet d’homogénéiser la température de l’air ambiant et de diminuer les effets de paroi froide, sans que le courant d’air soit ressenti par les occupants. Pour les ateliers et sites industriels ou logistiques, des fournisseurs proposent des ventilateurs de plafonds de très grands diamètres – de 2 à 10 m ! – et à rotation lente (Fig. 3.5). Leur efficacité est avérée.

Figure 3.5 - Les ventilateurs dédiés à la destratification ont fait leurs preuves en industrie et en logistique.

> Le puits climatique (canadien ou provençal)

Ce principe ancestral consiste à tempérer l’air extérieur en le faisant circuler dans une gaine étanche dans le sol. Ce réseau placé entre 1 et 3 m de profondeur écrête ainsi la température de l’air neuf par rapport à celle de l’air extérieur. En hiver, cette installation permet de relever la température de l’air neuf de quelques degrés, et en été, de l’abattre d’autant. Cet équipement demande un important travail de conception, de génie civil et d’entretien.

> La ventilation adiabatique ou rafraîchissement par évaporation

Utilisée à partir d’équipement indépendant ou en association avec une centrale de traitement d’air simple ou double flux, celle technique a pour grand intérêt d’assurer à la fois la ventilation et le rafraîchissement (Fig. 3.6). Le principe consiste à humidifier le média filtrant placé dans la veine d’air pour atteindre les températures et l’hygrométrie demandées dans le volume. Son intérêt est de souffler en permanence un air neuf rafraîchi pour maîtriser les températures intérieures en été, de contrôler l’humidité relative (Fig. 3.7) – entre 50 et 60 % – et de réduire les coûts énergétiques de rafraîchissement. Ses applications s’étendent à de très nombreux domaines : industrie, logistique, surfaces de vente, locaux tertiaires, salles de sports, écoles… Lorsqu'ils sont positionnées au niveau du soufflage les modules adiabatique permettent en hiver de ramener l'humidité de l'air à un niveau acceptable.

Figure 3.6 - Les systèmes de ventilation adiabatique assure une ventilation permanente efficace et une fonction de rafraîchissement à très faible coût global. 

> La façade ventilée, les atriums et les espaces tampons

Ces solutions architecturales sont des espaces non chauffés en contact avec l’enveloppe du bâtiment ou de locaux chauffés. Elles permettent d’écrêter les températures extérieures, en été et en hiver, par l’effet du mouvement d’air dans les volumes créés.

Les concepteurs distinguent :

• les espaces où l’air neuf ne fait que traverser ce volume, sans entrer dans l’espace intérieur, c’est le cas des combles ;
• les espaces où l’air neuf introduit dans le volume tampon est repris dans l’espace intérieur : façades ventilées, vérandas…

De même, en raison de la différence des apports, il faut distinguer les espaces :

• solarisés dont l’enveloppe est composée, en totalité ou en partie, de baies (doubles façades, doubles fenêtres, vérandas, atriums, serres, jardins d’hiver) et qui bénéficient ainsi d’un double apport gratuit, par l’air et par le rayonnement solaire (Fig. 3.8) ;
• non solarisés car composés de parois opaques (par exemple combles, garages et parkings, celliers, circulations, locaux techniques…) et qui exploitent les apports gratuits par l’air.

Figure 3.8 - Les baies seront choisies pour leur clair de vitrage maximal.

Ces solutions présentent un triple intérêt :

• thermique car elles corrigent les coefficients de transmission surfaciques et linéiques des parois des pièces chauffées et permettent ainsi de réduire les déperditions et de prévenir des phénomènes de condensation en surface des parois (précurseur du développement de moisissures) ;
• aéraulique et thermique puisque l’air est préchauffé en hiver – à ce titre, dans les zones climatiques du nord de la France, le rendement en termes d’apports gratuits est supérieur à celui des zones sud du fait de la plus longue durée de la période de chauffage –, et est tempéré en été… à condition d’installer des protections solaires, au risque de surchauffe ;
• acoustique, car ces espaces abattent le niveau de bruit extérieur dans les pièces occupées.

Des enjeux en phase avec les préoccupations environnementales

Quelque peu maintenue en marge des réflexions des concepteurs de bâtiments, et trop souvent déconsidérée par les applicateurs, la ventilation naturelle a pourtant poursuivi un développement de son expertise. En témoigne tout récemment, le choix de l’architecte Renzo Piano pour la conception de l’ouvrage de plus de 200 m de long et de trois niveaux de la future École normale supérieure de Paris-Saclay (fig.3.9) : la dalle de béton de chaque niveau est composée d’épais caissons traversants permettant de fournir une ventilation naturelle dans les salles  d’enseignement, dans les bureaux et dans l’atrium central.

Figure 3.9 - L'ENS de Paris-Saclay en chantier. En façade, des vantaux régulent la ventilation naturelle de la plus grande partie de cet ouvrage (Renzo Piano Architecte - Photo © Bernard Reinteau).

Ce mode de ventilation a pour objet d’abaisser le coût énergétique de la ventilation et du traitement d’air, que ce soit en supprimant ou réduisant les consommations d’énergie liées aux équipements des caissons de ventilation, ou en optimisant le fonctionnement des centrales de ventilation double flux avec une unité complémentaire adiabatique… Ces solutions permettent de travailler par des températures extérieures élevées, et même avec portes et fenêtres ouvertes…

Dans de nombreux cas, ces solutions peuvent permettre d’éviter le recours à la climatisation, par système à détente directe ou autre, ce qui présente des intérêts énergétiques et environnementaux :

• les équipements – menuiseries, ventilateurs, caissons adiabatiques… – sont techniquement simples à installer, à faire fonctionner et à entretenir ;
• les coefficients de performance des systèmes les plus pointus, tel l’adiabatique, peuvent atteindre des niveaux très élevés, généralement au-delà de 50 kW de rafraîchissement pour 1 kW absorbé, et jusqu’à 100/1 lorsqu'ils sont ajoutés à un système de ventilation existante ;
• les besoins énergétiques faibles permettent de mieux maîtriser les postes de coût d’abonnement et d’achat d’électricité ;
• les débits d’air peuvent être contrôlés à l’aide de régulations et de moteurs à vitesse variable ;
• les exploitants se libèrent des problématiques de gaz réfrigérants en choisissant des fluides courants : de l’air, et, dans les solutions adiabatiques, de l’eau, parfois même de l’eau de pluie. L'eau utilisée n'étant ni perdue, ni polluée par le principe naturel d'évaporation.

Ces techniques de ventilation conviennent aussi pour maintenir la qualité d’air intérieur. La maîtrise du renouvellement d’air par le balayage des volumes traités assurent l’élimination des pollutions « basiques » (humidité, CO2) mais aussi des particules, des composés organiques volatiles…

Une souplesse et des précautions impératives…

Comment calculer les systèmes de ventilation naturelle en synergie avec l’enveloppe ? Ce sujet anime la communauté des ingénieurs depuis près de 20 ans. Déjà en 2003, le CSTB (Centre scientifique et technique du bâtiment) a produit un guide technique sur les « Systèmes de climatisation à faible consommation d’énergie » (Cahier du CSTB n° 3454).

Le chapitre « Solutions techniques » du guide Bio-tech « Ventilation naturelle et mécanique » de l’Arene IdF et de l’ICEB (2016) rassemble des éléments de conception technique pour les constructions résidentielles ou tertiaires.

Récemment, le programme Pacte – ex Rage (Règle de l’art Grenelle de l’Environnement) – a permis de revisiter de nombreux sujets pour tenir compte des impératifs réglementaires et de savoir-faire (www.programmepacte.fr/catalogue) (Voir détails dans la rubrique « Pour en savoir plus »).

> Concevoir des bâtiments adaptés à la ventilation naturelle

Selon le guide Bio-Tech de l’Arene IdF et de l’ICEB (voir « Pour en savoir plus »), la ventilation naturelle est contrainte :

• par la géométrie des pièces :

- pour une ventilation mono exposée :
> avec une ouverture avec une ouverture unique en façade, la profondeur doit se limiter à 2 fois la hauteur sous plafond ;

> avec deux ouvertures placées à des hauteurs différentes, la profondeur doit se limiter à 2,5 fois la hauteur sous plafond, avec une différence de hauteur entre l’entrée et la sortie de 1,5 m ;

(NB : Les auteurs du guide Bio-Tech « Ventilation naturelle et mécanique » proposent des formules d’estimation des débits.)

- pour une ventilation traversante : avec une ouverture sur une façade et une ouverture sur autre façade, la profondeur de la pièce doit être inférieure ou égale à 5 fois la hauteur sous plafond ;

• par l’orientation des façades et le potentiel de vent ;
• par l’environnement du bâtiment (rugosité du terrain, effets de masque…).

Pour limiter les pertes thermiques, les concepteurs prennent aussi en compte le fonctionnement en période hivernale.

> Apprécier l’inertie du bâtiment

Les effets de la ventilation naturelle et la stratégie de régulation diffèrent selon les caractéristiques d’inertie thermique des parois des ouvrages. Ce comportement s’apprécie selon plusieurs critères : les températures extérieures et intérieures, la consigne intérieure et les apports internes et gratuits. Une inertie forte, liée à l’usage de matériaux lourds et avec une isolation thermique épaisse, se traduit par une régularité de  température intérieure au regard des variations durant le jour ou la nuit ; ce type de construction évite les surchauffes en été, et permet de bénéficier des apports gratuits en demi-saison et en hiver.

Une inertie faible tient essentiellement à l’emploi de matériaux à faible capacité d’absorption du flux d’énergie (bois, matériaux isolants) et par une variation forte en fonction de ces flux ; elle exige une régulation fine pour maintenir une température intérieure plus régulière.

> Choisir les solutions de ventilation naturelle adaptées

Les concepteurs doivent en permanence tenir compte d’exigences contradictoires. À savoir : assurer le confort thermique, la qualité d’air  intérieur tout en maîtrisant les consommations d’énergie… Et toujours selon des préoccupations technico-économiques…

Menuiseries de façade adaptées, double façade, lanterneau, brassage d’air, cheminées, atrium, extracteur pour fonctionnement hybride,  rafraîchissement adiabatique… Les choix techniques seront calculés et simulés informatiquement sur la base des débits à atteindre et des critères de confort. Les ingénieurs se préoccupent d’une prise en compte globale de l’ouvrage – l’enveloppe, les équipements et ses occupants – afin de proposer une garantie de résultat. Il est courant de dire que « l’air est paresseux », qu’il s’échappe par les infiltrations parasites qui perturbent les débits… Les concepteurs et constructeurs doivent donc respecter les règles d’étanchéité à l’air, d’équilibrage et de débit.

L’accent est mis sur une simulation rigoureuse de l’installation de manière à traiter les cas possibles d’inconfort : condensation en été, inertie de l’enveloppe, difficulté de déchargement de la chaleur lors de longues périodes de canicule, possibilité de free-cooling en demi-saison, de night-cooling – dite aussi ventilation intensive provisoire – en été pour décharger la chaleur stockée durant la journée et bénéficier du déphasage de la fraîcheur accumulée durant la nuit 8 à 12 heures plus tard, préchauffage de l’air en hiver… L’une des réponses concrètes à ce besoin de qualité est la définition d’un schéma de régulation. Ce schéma devra également tenir compte de données météorologiques concernées.

 (Extrait du Livre Blanc "La gestion énergétique naturelle" réalisé par Adexsi /

Edition regroupant les sociétés Souchier-Boullet et Bluetek /

Achevé d'imprimer en 2018 / pages 12 à 15)

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